#include <ArduinoJson.h>                  //导入JSON库，用来封装发送数据的格式
#include <Servo.h>                        //控制舵机的库
#include <Arduino.h>
#include <DHT.h>                          //导入温湿度传感器库
StaticJsonDocument<400> sendJson;          // 创建JSON对象，用来存放发送数据
StaticJsonDocument<400> readJson;          // 创建JSON对象，用来存放接收到的数据
unsigned long lastUpdateTime = 0;          //记录上次上传数据时间
const unsigned long updateInterval = 4000; // 在这里设置数据发送至云平台的时间间隔，单位为毫秒
//定义传感器相关的引脚
#define FEED 9                         //设定舵机的Arduino引脚为9
#define COPEN 10                          //设定舵机的角度，投喂开启时舵机的角度
#define CCLOSE 100                        //投喂关闭时舵机的角度
#define WATER 7                             //设定LED灯引脚为7
#define Sensor_1 A0                       //定义浊度传感器//

#define DHTPIN 11                         //定义温湿度传感器引脚为10
#define DHTTYPE DHT11                     //定义温湿度传感器型号为DHT11

#define SensorPin A1            //pH meter Analog output to Arduino Analog Input 1
#define Offset 6.677      
#define samplingInterval 20
#define printInterval 800
#define ArrayLenth  40  
int pHArray[ArrayLenth];   //Store the average value of the sensor feedback
int pHArrayIndex=0;  

//定义相关的变量
long ID = 101099;                // 定义设备ID号,替换成云平台生成的ID号
float temperature, humidity,smoke;    // 定义温湿度变量
int sensorValue = analogRead(Sensor_1);//读取模拟口A0的数据并送给变量
float chaos = sensorValue * (5.0 / 1024.0); //将模拟读数从0-1023转换为电压0-5V
int waterState,feedState;     // 定义灯光,窗户状态（0代表无或者关闭，1代表有或者打开）

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);       //创建dht对象，用于操作温湿度传感器
Servo feedServo;                  // 创建舵机对象，用来控制喂食的舵机
// Arduino的初始化函数，仅在通电时运行一次
void setup()
{
  Serial.begin(9600);       //初始化串口，用于和esp8266进行通信，完成数据的接收与上传
  dht.begin();              //初始化温湿度传感器
  feedServo.attach(FEED);   //初始化9号引脚为舵机引脚
  feedServo.write(CCLOSE); 
  pinMode(WATER, OUTPUT);     //初始化LED灯引脚为输出模式
}

// Arduino的loop函数，当setup函数执行完毕后进入该函数并一直循环运行
void loop()
{
  static float pHValue,voltage;
  {
      pHArray[pHArrayIndex++]=analogRead(SensorPin);
      if(pHArrayIndex==ArrayLenth)pHArrayIndex=0;
      voltage = avergearray(pHArray, ArrayLenth)*5.0/1024;
      pHValue = -5.8887*voltage+Offset;
      if(pHValue<=0.0){pHValue=0.0;}
      if(pHValue>14.0){pHValue=14.0;}
  } 
  // {
  // Serial.print("    pH value: ");
  // Serial.println(pHValue,2);
  // }
  // delay(1000);
  sendJson["pHValue"] = pHValue;
}
double avergearray(int* arr, int number){
  int i;
  int max,min;
  double avg;
  long amount=0;
  if(number<=0){
    Serial.println("Error number for the array to avraging!/n");
    return 0;
  }
  if(number<5){   //less than 5, calculated directly statistics
    for(i=0;i<number;i++){
      amount+=arr[i];
    }
    avg = amount/number;
    return avg;
  }else{
    if(arr[0]<arr[1]){
      min = arr[0];max=arr[1];
    }
    else{
      min=arr[1];max=arr[0];
    }
    for(i=2;i<number;i++){
      if(arr[i]<min){
        amount+=min;        //arr<min
        min=arr[i];
      }else {
        if(arr[i]>max){
          amount+=max;    //arr>max
          max=arr[i];
        }else{
          amount+=arr[i]; //min<=arr<=max
        }
      }//if
    }//for
    avg = (double)amount/(number-2);
  }


  // 该函数段可完成数据定时上报的功能，并且不会阻塞loop函数的运行
  if (millis() - lastUpdateTime > updateInterval) 
  {
    sendJsonData();
    lastUpdateTime = millis();
  }
  // 当用户使用手机控制当前设备时ESP8266会通过串口向Arduino发送指令，该函数段可判断串口有没有接收到消息，并完成对用户消息的解析
  while (Serial.available() > 0) { // 判断串口缓冲区是否有消息
    String inputString = Serial.readStringUntil('\n');  //从串口缓冲区读入数据，并赋值给inputString变量（String变量为Arduino独有变量类型，可以简化字符串操作）

    //检测json数据是否完整，若通过则进行下一步的处理
    /*
      云平台向硬件下发JSON的格式为 {"Light":"1"} 类型的字符串，通常叫键值对，C语言中叫做哈希表。
      左边的"FAN"为我们在云平台中定义的标识符，右边为具体的指令
    */
    int jsonBeginAt = inputString.indexOf("{");
    int jsonEndAt = inputString.lastIndexOf("}");
    if (jsonBeginAt != -1 && jsonEndAt != -1)
    {
      inputString = inputString.substring(jsonBeginAt, jsonEndAt + 1);    //净化json数据
      deserializeJson(readJson, inputString);                             //通过ArduinoJSON库将JSON字符串转换为方便操作的对象
      // 判断接收的指令
      if (readJson.containsKey("waterState"))   //判断云平台下发的消息是否包含Light标识符，如果是则进行下一步处理
      {
        digitalWrite(WATER, (int)readJson["waterState"]); // 根据Light的值来控制小灯，0为关，1为开，由于是char类型，所以我们需要转换为int
        delay(100);
        waterState = digitalRead(WATER);                  // 及时更新小灯的状态信息，这样云平台才能知道是否控制成功
      }
      else if(readJson.containsKey("feedState"))  // 若添加了多个功能，则使用else if隔开
      {
        //更新feedState的值
        feedState = (int)readJson["feedState"];
      }
      delay(500);
      sendJsonData(); //向云平台发送最新的信息
    }
  }
  //判读feed的值是否为1，是则让舵机转到开启的角度，否则关闭
  if(feedState){      
    feedServo.write(COPEN); 
  } 
  else{
    feedServo.write(CCLOSE); 
  }
  waterState = digitalRead(WATER); 
  temperature = dht.readTemperature();
  humidity = dht.readHumidity(); 
}

//上传数值
void sendJsonData()
{
  // 将数据添加到JSON对象中，左边为在云平台中定义的标识符，右边为变量
  sendJson["chaos"] = chaos;
  sendJson["Temperature"] = temperature;
  sendJson["Humidity"] = humidity;
  sendJson["waterState"] = waterState;
  sendJson["feedState"] = feedState;
  sendJson["ID"] = ID;
  //将对象转换成字符串，并向ese8266发送消息
  serializeJson(sendJson, Serial);  
  Serial.print("\n");
}
